Семь шагов в небо

Применяются обычно кремниевые элементы — тонкие, небольшого размера, площадью несколько квадратных сантиметров пластинки из кристаллического кремния, при попадании на которые солнечного света возникает всем известный фотоэффект: образуется разность потенциалов. С одного элемента можно снять очень небольшую мощность, причем КПД преобразования энергии у такого элемента невелик — максимум 10―12 процентов (у экспериментальных — до 18). Чтобы получить практический источник питания, элементы в большом количестве соединяют последовательно и параллельно. В результате с одного квадратного метра солнечной батареи можно получить мощность максимум 140―170 ватт (мощность солнечного потока за пределами атмосферы около 1400 ватт на квадратный метр). На станции «Салют», например, смонтировано три панели площадью по 20 квадратных метров.

Понятно, что такие батареи дают ток только при наличии солнечного освещения и тем больший, чем отвеснее падают лучи на их поверхность. Поэтому для повышения токосъема на многих космических аппаратах устанавливают механизмы ориентации батареи на Солнце, работающие независимо от ориентации аппарата. Такие механизмы имеются, в частности, на многих спутниках «Космос» и станциях «Салют». В период прохождения в тени применяют буферные химические аккумуляторы, которые в остальное время подзаряжаются от солнечных батарей, а также сглаживают возможные колебания напряжения при изменении нагрузки.

Не без оснований солнечные электростанции представляются пригодными для снабжения энергией Земли. Хотя со временем КПД солнечных батарей постепенно падает под воздействием ультрафиолетовых излучений и метеорной эрозии.

Важнейшие, кстати, из принципиальных отличий солнечных электростанций от обычных бортовых солнечных батарей — это отсутствие необходимости в буферных аккумуляторах и наличие системы передачи на Землю выработанной энергии. Для этой цели выгоднее всего применить микроволновое излучение. Станция должна иметь, таким образом, специальный преобразователь и передатчик энергии с остронаправленной антенной, а также, конечно, средства ориентации и аппаратуру управления.

На Земле должны быть сооружены приемники волн и преобразователь их в промышленную энергию. Чтобы станции могли иметь непрерывную и кратчайшую связь с наземными приемниками, их следует создавать на стационарной орбите, то есть на высоте 36 тысяч километров в экваториальной плоскости.

Главное на пути создания орбитальных электростанций — научиться строить в космосе гигантские конструкции, которые должны быть легкими и легко трансформируемыми после выведения на орбиту. Начинать, по-видимому, придется со сборки ажурной панели-блока размером, скажем, 100 на 100 метров. А затем, постепенно соединяя между собой такие блоки, наращивать площадь панели до десятков квадратных километров. С панели площадью около 100 квадратных километров можно будет снимать мощность до 10 миллионов киловатт. Наземная приемная антенна будет иметь диаметр порядка нескольких километров.

Возможно, не только сборку, но и изготовление блоков окажется выгоднее осуществлять прямо на орбите. То есть доставлять туда рулоны металлической ленты и потом ее резать, паять из нее стержни и собирать в ферменные блоки. Можно предложить и другие варианты технологии их изготовления.

Разумеется, на эти гигантские конструкции невозможно будет наклеивать обычные солнечные элементы — пластинки. Но в последние годы широко и не без успеха ведутся работы по созданию тонкопленочных рулонных солнечных батарей. Такие пленки будут просто натягиваться на фермы. Если сейчас каждый квадратный метр солнечных панелей имеет массу 5―10 килограммов, то масса пленочных солнечных батарей в перспективе будет несколько сот граммов на квадратный метр. С учетом массы фермы общая масса составит примерно килограмм на квадратный метр.

Каждый киловатт мощности вновь построенных космических станций согласно предварительным прикидкам может стоить около двух-трех тысяч рублей, что, оказывается, в полтора-два раза дороже, чем у наземных атомных станций, в два — два с половиной раза, чем у ГЭС, и в четыре-шесть раз, чем у тепловых. Но это учитывая затраты на постройку. Однако солнечная электростанция совсем не расходует невозобновляемых природных ресурсов. И это ее достоинство оказывается очень существенным — через пять-семь лет эксплуатации орбитальные источники энергии, возможно, окажутся уже рентабельнее и тепловых и атомных.

Расчеты показывают, что космические электростанции могли бы внести существенный вклад в энергоснабжение на нашей планете.

Важнейшей из проблем создания таких станций является экономичная доставка на орбиту материалов или элементов конструкции для их монтажа. Общая масса станции мощностью 10 миллионов киловатт составит примерно 50―100 тысяч тонн.